IL SUONO CHE COS È IL SUONO? CENNI STORICI. PARTICOLARITÀ SUL SUONO. LE CARATTERISTICHE DEL SUONO. L UDITO E IL LIVELLO DI UDIBILITÀ. Spera Alessia e Torchella Alessandra
CHE COS È IL SUONO? Le onde sonore sono onde meccaniche e che quindi hanno bisogno di materia, in particolare di un corpo che vibra, per propagarsi. Il suono è un onda longitudinale con fronti d onda a forma di sfere concentriche. Le particelle d aria, nella loro oscillazione creano delle aree di compressione, dove la pressione è leggermente maggiore di quella atmosferica, e delle sacche di rarefazione, dove la pressione è leggermente minore di quella atmosferica, queste aree di compressione e di rarefazione si propagano.
CENNI STORICI Uno studio sperimentale dei fenomeni sonori ha inizio con Galileo Galilei, a cui risalgono idee e ricerche sulla natura del suono e sui suoi caratteri; in particolare a lui è dovuto l aver riconosciuto nell altezza di un suono la sua correlazione alla frequenza di vibrazione della sorgente sonora. Contemporaneamente a Galilei, anche altri hanno scoperto e studiato altre qualità del suono; come ad esempio Sagredo, che ha dimostrato che il mezzo di trasmissione è l aria(1615) e successivamente Guericke il quale ha scoperto che anche i solidi e i liquidi sono mezzi di trasmissione, Mersenne che per primo effettuò una determinazione della velocità del suono o Gassendi a cui è dovuta l osservazione dell indipendenza fra l altezza del suono e la sua velocità. Nel XIX secolo, poi, sono stati approfonditi questi studi, e in particolare lo studio della propagazione ondosa e gli aspetti energetici di questa.
PARTICOLARITÀ SUL SUONO Tutte le onde acustiche si dividono in due grandi categorie: i suoni e i rumori. I rumori sono onde acustiche generate da una vibrazione non periodica. Al contrario, i suoni sono onde acustiche generate da una vibrazione periodica. Questi ultimi, a loro volta si dividono in altre due categorie: i suoni puri e i suoni complessi.i suoni puri sono onde acustiche periodiche di tipo armonico, mentre quelli complessi(o impuri) sono onde acustiche periodiche di tipo non armonico.. Da ciò deriva il Teorema di Fuorier, il quale afferma che: ogni suono complesso non è altro che la sovrapposizione di più suoni puri. Ogni suono complesso si può scrivere come funzione di seno e coseno, le cui frequenze vanno da f 1 a f n, dove f n è multiplo di f 1 (f n = nf 1 ). La prima frequenza è detta Prima armonica, la seconda Seconda armonica, e così via; formando una progressione detta Progressione di Fourier. La pelle di un tamburo vibra secondo un'onda di Fourier
PARTICOLARITÀ SUL SUONO Per quanto riguarda la velocità del suono, questa è la velocità con cui un suono si propaga in un mezzo. La velocità del suono varia a seconda del mezzo, e anche al variare delle proprietà del mezzo, specialmente con la sua temperatura. Il suono si propaga in modi diversi a seconda che sia in un solido, in cui tutte le molecole sono collegate solidamente fra loro, oppure in un fluido (liquido o gas), che invece è incoerente. Laplace nel 1816 fu il primo a mettere in evidenza esplicitamente il motivo per cui la teoria di Newton del moto oscillatorio forniva un valore impreciso della velocità del suono. In quanto, secondo Newton la velocità del suono nell aria secca era di circa 332 m/s, mentre esso, 150 anni dopo scoprì che la velocità del suono si aggira intorno a 340 m/s. Materiali Aria ( 15 ) Idrogeno Acqua Ghiaccio Vetro Gomma Elastica Ferro Piombo Acciaio Alluminio Sughero Marmo Sabbia Velocità del suono [m/s] 342 m/s 1260 m/s 1484 m/s 3980 m/s 5770 m/s 30-70m/s 5000 m/s 2160 m/s 5900 m/s 6300 m/s 500 m/s 3800 m/s 10 300 m/s
LE CARATTERISTICHE DEL SUONO L altezza è la proprietà per cui un suono può essere più o meno grave o più o meno acuto(quindi più basso o più alto)e ci permette di distinguerli. Essa dipende dalla velocità di vibrazione, cioè dal numero di vibrazioni prodotte in un secondo e quindi dalla frequenza; al crescere di questa corrisponde l aumento dell altezza. Onde sonore aventi ampiezza uguale ma frequenza diversa generano quindi suoni di diversa altezza. Influiscono sulla frequenza e quindi sull altezza del suono, la dimensione e la tensione del corpo vibrante. Un suono acuto ha più tensione, mentre un suono grave ha meno tensione. I suoni più gravi corrispondono a onde di frequenza minore(quindi lunghezza d onda maggiore), mentre i suoni più acuti corrispondono a onde di frequenza maggiore(quindi minori lunghezze d onda).
Esperimento. Per questo esperimento servono: una tavoletta di legno, chiodi e martello, una riga da disegno, filo di nylon. Si prendono le misure su una tavoletta per piantare tre coppie di chiodi a distanza crescente. Tra le coppie di chiodi si stende un filo, pizzicandolo riusciamo a sentire se il suono è più o meno acuto. Tra la coppia di chiodi con meno distanza si avrà un suono più grave, mentre aumentando la distanza il suono diventerà più acuto in quanto ci sarà più tensione.
LE CARATTERISTICHE DEL SUONO Il timbro rappresenta la qualità del suono e permette di distinguere suoni emessi da sorgenti diverse, anche se essi hanno la stessa frequenza e la stessa intensità. E quindi la proprietà per cui un suono è percepito di diversa qualità a seconda della fonte sonora che lo emette e dal modo in cui è messo in vibrazione il corpo vibrante. Il timbro dipende dalla forma delle vibrazioni, sulla quale influiscono la forma e il materiale di cui è costituito il corpo vibrante e il modo in cui esso viene sollecitato.
Esperimento. Per questo esperimento servono ancora: una tavoletta di legno, chiodi e martello, una riga da disegno, filo di nylon, spago e elastici di diverso spessore. Si prendono le misure su una tavoletta per piantare coppie di chiodi a distanze uguali. Tra le coppie di chiodi si stendono i diversi fili, pizzicandoli possiamo notare che pur alla stessa distanza il suono cambia in base al materiale e al modo in cui viene sollecitato.
LE CARATTERISTICHE DEL SUONO L intensità è definita come il flusso di energia che, nell unità di tempo, attraversa una superficie di area unitaria disposta perpendicolarmente alla direzione di propagazione. Essa è la grandezza che ci permette di distinguere i suoni deboli da quelli forti. Un suono è tanto più forte quanto maggiore è l ampiezza delle oscillazioni della sorgente che lo genera. Essa viene identificata come il rapporto fra la potenza trasportata dall onda e la superficie su cui essa incide (I=P/S) L unità di misura di questa grandezza è il watt su metri al quadrato([i]=w/m 2 ). L intensità è inversamente proporzionale ai quadrati delle distanze dalla sorgente. I 2 /I 1 = (P/S 2 )/(P/S 1 )/ = (1/S 2 )*S 1 = 4πR 12 /4πR 22 = R 1 /R 2
Sorgente sonora Livello di intensità sonora in db L UDITO E IL LIVELLO DI UDIBILITÀ Soglia del dolore 134 Danni all'udito per breve esposizione ca. 120 Jet a 100 m 110-140 La più piccola intensità che l orecchio umano È I 0 = 10-12 W/M 2 ed È detta intensità zero. La più grande intensità invece, da esso percepita è i max =10 w/m 2, ed è detta soglia del dolore. Suoni che hanno la stessa intensità, dall orecchio umano possono essere percepiti in modo diverso. Più comunemente, si esprime l intensità dei suoni in termini di una grandezza fisica ad essa collegata: il livello di udibilità, il quale ci permette di percepire in modo diverso i suoni. Esso È definito come: l=10log(i/i 0 ). Questo non si somma in modo lineare ma in scala logaritmica. L unità di misura del livello di intensità sonora è il decibel(db). Il livello di udibilità minimo è l min =10log(i 0 /i 0 )=0, mentre il livello di udibilità massimo è l max =10log(i max /i 0 )=130. Martello pneumatico a 1 m / Discoteca Danni all'udito per lunga esposizione strada trafficata a 10 m ca. 100 ca. 90 80-90 automobile a 10 m 60-80 TV ad 1 m ca. 60 Parlato a 1 m 40-60 Stanza molto silenziosa 20-30 Respiro 10 Soglia di udibilità a 2 khz 0
L UDITO E IL LIVELLO DI UDIBILITÀ Il nostro orecchio non percepisce tutte le vibrazioni. Perché una vibrazione produca un suono la sua frequenza deve essere compresa nell intervallo di udibilità. Questo intervallo varia da un individuo all altro; di solito sono udibili quei suoni che hanno una frequenza che va da 20 ai 20.000 Hz circa). I suoni che hanno una frequenza minore a 20 Hz(f < 20 Hz) sono detti Infrasuoni, mentre quelli che hanno una frequenza maggiore a 20.000 Hz(f > 20.000 Hz) sono detti Ultrasuoni. L orecchio umano riesce a sentire suoni che vanno da 17 cm a 17 metri, in quanto λ=v*t e quindi, λ=v/f.
Esperimento. Per questo esperimento servono: una lattina, un guanto di gomma, della carta d alluminio, un cavalletto per fotografie, una scatola di cartone, del nastro isolante, un amplificatore ed un laser. Una volta tagliata la lattina ad entrambe le stremità, su una di queste stendiamo il guanto. Su di essa posizioniamo un pezzo di materiale riflettente, come ad esempio la carta alluminio. Quest ultima viene inserita all interno di una scatola di cartina per poi creare un foro di lato da cui inseriremo il nostro Dall altra estremità della lattina mettiamo un amplificatore. Successivamente poniamo al di sopra del cavalletto per fotografie il laser., dove quest ultimo sarà puntato sulla carta d alluminio. Se invece dell amplificatore, nel foro creato nel cartone parlassimo noteremo che le vibrazioni delle corde vocali produrranno frequenze diverse in base all intensità con cui stiamo parlando. Mentre se nel foro inseriamo un amplificatore, quest ultimo verrà collegato al telefono dal quale saranno trasmesse gli ultrasuoni e gli infrasuoni, così da dimostrare che il nostro livello di udibilità non riesce a percepire frequenze inferiori a 20Hz o superiori a 20000Hz, ma riusciamo a vederle grazie al riflesso della luce del laser sul materiale riflettente.